Volcanic similar earthquakes driven by aseismic slip associated with volcanic activity at Ogasawara Ioto

地球の地殻が絶えず変動している深海では、火山は単に噴火するだけではありません。火山は呼吸し、膨張し、絶え間ない低レベルの地震的な唸りと共に震えています。これらの落ち着きのない巨人を理解するために、科学者たちは岩石の中を波及する微小な震動に耳を傾け、それらを火山の健康状態を明らかにする鼓動として扱います。これらの震動の中には、「類似地震（similar earthquakes）」と呼ばれる特別な種類のイベントがあります。これらはランダムな衝撃ではなく、全く同じ場所から何度も繰り返し発生する、ほぼ同一のコピーです。火山がこれらの繰り返される衝撃を生み出すとき、それは小さな特定の岩石のパッチが、まるでドアの蝶番が扉を開くたびに同じリズムで軋むように、何度も繰り返し滑っていることを示唆しています。これらの反復的な信号を研究することで、研究者は地上の地面が目に見えて揺れていないときでも、地下深くにあるマグマや流体の隠れた動きをマッピングすることができます。

遠く離れた伊豆・小笠原列島において、小さな火山島である硫黄島（Ioto/Iwo-Jima）は、このような活動の焦点となってきました。この島は活動的なカルデラ火山であり、古代の噴火によって形成された巨大な火口ですが、現在は劇的な変貌を遂げている最中です。何世紀もの間、島全体がゆっくりと隆起してきましたが、このプロセスは下からのマグマの押し上げによって駆動されています。この隆起は十分に記録されていますが、島内部の岩石がこの圧力に対してどのように反応しているのかという正確な仕組みは、謎のまま残されてきました。日本の防災科学技術研究所の研究者による最近の研究が、ついにこの隠された活動のカーテンを剥ぎ取りました。5年間に収集された数千の地震記録を分析することで、彼らは島の絶え間ない隆起が、単なる滑らかで静かな上昇ではないことを発見しました。その代わりに、地面は隠れた断層に沿った執拗で微小な、反復的な滑りの連続によって押し上げられており、ストレスと解放の明確な物語を伝える独特のパターンを作り出しているのです。

研究者たちはまず、2018年から2023年の間に硫黄島で記録された約6万件の地震の膨大なカタログを精査することから始めました。これらのイベントの多くは、火山地域に典型的な、鋭く短い高周波の震動でした。ノイズの中からパターンを見つけ出すように設計されたコンピュータアルゴリズムを用いて、彼らは波形がどれほど密接に一致しているかに基づいて地震をグループ化しました。これは、何千もの手書きの手紙の中から、同じ人物によって書かれたものを探し出す作業によく似ています。筆跡のスタイルがあまりに一貫しているため、その起源を見分けることは容易なのです。チームは、波形がほぼ同一に見えるこれら「類似地震」の19の明確なグループを特定しました。これはすべて同じ微小なソースから来ていることを示唆しています。驚くべきことに、これらの反復イベントは調査期間中に検出された火山地震全体の約4分の1を占めており、この反復的な滑りが、島の地震活動における稀な異常ではなく、支配的な特徴であることを証明しています。

グループが特定されると、科学者たちはこれらの滑りが正確にどこで起きているかを突き止める作業に取り組みました。波の伝わるタイミング、伝播方向、および強度を組み合わせることで、彼らは19のクラスターの場所をマッピングしました。結果は驚くべきパターンを明らかにしました。類似地震は島の中にランダムに散らばっているのではなく、既知の活動的な断層、特に島の南西部に密集していたのです。注目すべきことに、中央の隆起ドーム（カルデラ内にある大きく隆起した丘）の真下には、類似地震は見つかりませんでした。この欠如は重要です。これは、ドームの直下の岩石が、これらの繰り返される衝撃を生み出すために必要な脆い形で破壊するには、熱すぎるか、あるいは流体で満たされすぎている可能性を示唆しています。その代わりに、ストレスはドームの端、つまり隆引されたドームが周囲の岩石と擦れ合う場所で解放されており、狭い断層線上で小さく反復的な滑りを引き起こしています。

これらのイベントのタイミングは、もう一つの重要な手がかりを提供しました。研究者たちは、これらの類似地震の頻度と、島が隆起する速度との間に強い関連性があることを見出しました。地面がより速く隆起すると、地震はより頻繁に発生しました。実際、これらの繰り返される滑りの間隔は非常に短く、しばしばわずか数日でした。これは、主要なプレート境界で見られる繰り返される地震よりもはるかに速いものです。プレート境界では、このようなイベントが再発するまでに数年または数十年を待つことがあります。硫黄島における再発の速さは、年間最大1メートルに達する急速な隆起の結果です。この激しい圧力によって小さな断層パッチが非常に迅速に負荷を受け、すぐに再び破壊して滑るため、高速な連続現象が生じているのです。

これらの滑りの物理的な性質を理解するために、チームは断層パッチのサイズと放出されるストレス量を推定しました。彼らは、各イベントで滑る岩石の面積が極めて小さく、半径がわずか約21メートルであることを算出しました。放出されるストレス量、すなわちストレス降下量も非常に低く、ほぼすべてのクラスターで1メガパスカル未満でした。これを比較すると、大規模で破壊的な地震で見られる巨大なストレス降下に比べれば、これは非常に穏やかなエネルギーの解放です。ストレスが低くサイズも小さいことは、これらの領域の岩石が弱体化していることを示唆しており、おそらく熱い火山性の流体や蒸気が断層線を潤滑しているためと考えられます。岩石が非常に弱く、滑る領域が非常に小さいため、地震は極めて小さく留まり、マグニチュード1.0を超えることは滅多にありません。これが、他の火山サイトで見られるような大規模で破壊的な地震がこの島で発生しない理由です。

研究チームはまた、これらの滑りによって引き起こされる総移動量についても調査しました。5年間のすべての類似地震による滑りを合計することで、研究者たちは累積的な移動量が約3メートルに達することを発見しました。これはかなりの量の動きですが、地表で観察された全隆起量の約60パーセントに過ぎません。この不一致は、極めて重要なパズルのピースを明らかにしています。すなわち、類似地震は主要なストレス解放を象徴していますが、それがすべてではないということです。島の隆起の大部分は、地震を発生させることなく岩石が滑らかに滑る「非地震性滑り（aseismic slip）」を通じて、静かに進行しています。これは、島が激しく小さなジャーク（急激な動き）と、安定した静かな流れの両方を組み合わせて変形していることを意味します。

これらの知見は、爆発的な噴火としばしば関連付けられるような火山とは異なる、生命力にあふれ活動的な火山の姿を描き出しています。硫olog島における反復的で小規模な地震は、上昇するマグマの巨大な圧力に対して地殻が調整している音なのです。これらは差し迫った壊滅的な噴火の兆候ではなく、むしろ、小さく潤滑された断層のネットワークを通じてストレスを常に解放しているシステムの証拠です。研究は、島の急速な隆起がこれらの反復的な滑りを引き起こしていること、そして火山性の流体の存在が断層の強度を低く保つ上で重要な役割を果たしていることを裏付けています。小さな島における地震観測点の数の制限により、断層の正確な形状を特定することは依然として困難ですが、全体像は明確です。硫黄島は、地球の下からのゆっくりとした強力な押し上げによって、地面が絶えず動き、滑り、隆起しているダイナミックなシステムなのです。この理解は、科学者が火山活動をより適切に監視し、隆起するドームの無害で反復的な調整と、大規模な噴火の前兆となり得るより危険な信号とを区別するのに役立ちます。